(57)【要約】【課題】フリップチップ実装する半導体素子と配線基板との位置合わせ精度を緩和し、かつ、半導体素子のバンプと配線基板の接続端子との接続位置精度および接続信頼性を向上させる。【解決手段】半導体素子２をフリップチップ実装する配線基板１を、半導体素子２の複数の電極端子５上に形成されたバンプ６がそれぞれ接続される複数の接続端子７を有し、各接続端子７のバンプ対向位置に開口端から斜め下向きに内側へ傾斜した傾斜面９ａを持った凹部９が形成された構造とする。半導体素子２のマウント時に、半導体素子２のバンプ６の先端部を配線基板１の接続端子７の凹部９内へと傾斜面９ａにて案内して位置決めできる。よって、半導体素子２と配線基板１との位置合わせ精度を従来よりも緩和しながら、バンプ６を接続端子７に対して位置精度よく位置決めすることができる。バンプ６の接続端子７への接触面積も従来の平坦な接続端子に比べて大きくなるため、接続信頼性も向上する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子をフリップチップ実装する配線基板であって、
前記半導体素子の複数の電極端子上に形成されたバンプがそれぞれ接続される複数の接続端子を有し、各接続端子のバンプ対向位置に開口端から斜め下向きに内側へ傾斜した傾斜面を持った凹部が形成された配線基板。
【請求項２】
接続端子の凹部がエッチングによって形成された請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
複数の電極端子上にバンプが形成された半導体素子と、
前記半導体素子の複数のバンプがそれぞれ接続される複数の接続端子を有し、各接続端子のバンプ対向位置に開口端から斜め下向きに内側へ傾斜した傾斜面を持った凹部が形成された配線基板と、
前記半導体素子と配線基板との間隙を封止した封止樹脂とを備え、
前記半導体素子の各バンプの先端部が前記配線基板の各接続端子の凹部内に位置決めされて接続され、前記バンプと接続端子との接続が前記封止樹脂で保持された
半導体装置。
【請求項４】
接続端子の凹部がエッチングによって形成された請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
封止樹脂が半導体素子と配線基板との間に配置された熱硬化性樹脂フィルムの熱硬化物である請求項３または請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子をフリップチップ実装する配線基板およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯情報機器等の小型、軽量化が進むにしたがって半導体装置の高密度化、小型化、薄型化が要求されてきており、これらの要求に応えるために、半導体素子が微細化されるとともに、半導体素子をフリップチップ方式で搭載するパッケージ半導体装置が開発されている。（たとえば特許文献１）
図９はチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれるパッケージ半導体装置の断面図である。配線基板１上に半導体素子２がフリップチップ方式で接合されており、配線基板１と半導体素子２との間隙および半導体素子２の周囲は封止樹脂３で封止され、配線基板１の下面にはボール状の外部接続端子４が格子状に配列されている。
【０００３】
半導体素子２には、その一側面の周縁部に周方向に沿って複数の電極端子５が配列され、各電極端子５上にワイヤボンディング技術を利用して二段突起状のバンプ６（スタッドバンプとも言われる）が形成されている。
【０００４】
配線基板１の上面には、半導体素子２の複数の電極端子５とバンプ６を介して電気的導通をとるための複数の接続端子７が、半導体素子２の電極端子５，バンプ６に対応する配置で形成されている。各接続端子７は一定の厚みで平坦な形状をしていて、図１０にも示すように、矩形の半導体素子２の搭載領域８の内側から外側にわたって延びている。
このようなパッケージ半導体装置を製造するフリップチップ実装技術の一例に、封止樹脂３となる絶縁性樹脂フィルム（絶縁性樹脂シート、ＮＣＦなどとも呼ばれる）を配線基板１と半導体素子２との間に介在させた状態で熱と荷重とをかけることにより、半導体素子２のバンプ６を変形させながら配線基板１の接続端子７に圧着させ、このバンプ６と接続端子７との接触状態を絶縁性樹脂フィルムの熱硬化によって保持する技術（圧接工法）がある。
【特許文献１】特開平５−１７５２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した圧接工法を実施する場合、半導体素子２の電極端子５上に金線を用いてバンプ６を形成しておくのであるが、金製のバンプ６には半田バンプのような接続時セルフアライメント作用はないため、熱圧着時に図１１に示すように金バンプ６が矢印方向にずれ易い。３ａは絶縁性樹脂フィルムである。
一方、半導体素子２の微細化に伴って接合ピッチが狭くなってきており、半導体素子２の電極端子５、金バンプ６が狭パッドピッチ（ファインピッチ）化されるに応じて、配線基板１の接続端子７の設置ピッチも狭くなってきている。
これらのことから、電気的ショートや未接続などの不具合を防止するために、マウント時の半導体素子２と配線基板１との位置合わせを極めて精度よく行わなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するもので、フリップチップ実装する半導体素子と配線基板との位置合わせ精度の緩和し、かつ、半導体素子のバンプと配線基板の接続端子との接続位置精度および接続信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、半導体素子をフリップチップ実装する配線基板を、前記半導体素子の複数の電極端子上に形成されたバンプがそれぞれ接続される複数の接続端子を有し、各接続端子のバンプ対向位置に開口端から斜め下向きに内側へ傾斜した傾斜面を持った凹部が形成された構造としたことを特徴とする。
【０００８】
接続端子の凹部はエッチングによって形成することができる。
また本発明の半導体装置は、複数の電極端子上にバンプが形成された半導体素子と、前記半導体素子の複数のバンプがそれぞれ接続される複数の接続端子を有し、各接続端子のバンプ対向位置に開口端から斜め下向きに内側へ傾斜した傾斜面を持った凹部が形成された配線基板と、前記半導体素子と配線基板との間隙を封止した封止樹脂とを備え、前記半導体素子の各バンプの先端部が前記配線基板の各接続端子の凹部内に位置決めされて接続され、前記バンプと接続端子との接続が前記封止樹脂で保持された構造としたことを特徴とする。
【０００９】
接続端子の凹部はエッチングによって形成することができる。
封止樹脂は半導体素子と配線基板との間に配置された熱硬化性樹脂フィルムの熱硬化物であってよい。
【００１０】
上記した配線基板によれば、半導体装置を構成する際に、マウントする半導体素子の電極端子上のバンプの先端部を配線基板の接続端子の凹部内へと傾斜面にて案内して位置決めすることができる。よって、半導体素子と配線基板との位置合わせ精度を従来よりも緩和しながら、バンプを接続端子に対して位置精度よく位置決めすることができる。バンプの接続端子への接触面積も従来の平坦な接続端子に対するよりも大きくなるため、接続信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の配線基板は、接続端子のバンプ対向位置に凹部を設けたことにより、半導体素子のマウント時にバンプの先端部を接続端子の凹部内に案内するセルフアライメント効果を奏することができる。よって、半導体素子と配線基板との位置合わせ精度を従来よりも緩和し、フリップチップ実装におけるスループットを向上できる。またバンプと接続端子との接続位置精度および接続信頼性を向上させることができ、それにより、ファインピッチ化された半導体素子および配線基板を用いて構成する半導体装置においても、電気的ショートや未接続などの不具合を防止することができ、フリップチップ実装における歩留りを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における配線基板の平面図であり、図２は同配線基板を用いた本発明の半導体装置であって、チップサイズパッケージと呼ばれるパッケージ半導体装置の断面図である。
【００１３】
図２に示す半導体装置において、配線基板１上に半導体素子２がフリップチップ方式で接合されており、配線基板１と半導体素子２との間隙および半導体素子２の周囲は封止樹脂３で封止され、配線基板１の下面にはボール状の外部接続端子４が格子状に配列されている。
【００１４】
半導体素子２には、その一側面の周縁部に周方向に沿って複数の電極端子５が配列され、各電極端子５上にワイヤボンディング技術を利用して二段突起状のバンプ６が形成されている。
配線基板１の上面には、半導体素子２の複数の電極端子５とバンプ６を介して電気的導通をとるための複数の接続端子７が形成されている。各接続端子７は一定の厚みで平坦な形状をしており、図１にも示すように、矩形の半導体素子２の搭載領域８内で半導体素子２の各電極端子５，バンプ６に対向可能に配列されて、搭載領域８の内側から外側にわたって延びている。
各接続端子７におけるバンプ対向位置には凹部９が形成されている。各凹部９は、開口端から斜め下向きに傾斜した傾斜面を持つように、またバンプ６の先端部を内部に収容可能な大きさを持つように形成される。たとえば凹部９は、図３（図１におけるＡ−Ａ´断面）に示すように、接続端子７の長手方向に沿う断面が逆三角形をなす三角柱形状に窪んで形成され、２つの傾斜面９ａを内側面として有する。
たとえば接続端子７が幅（長手方向の寸法）２０〜４０μｍ、厚み１０〜２０μｍに形成され、バンプ径が４０〜６０μｍである場合、凹部９は幅１０〜３０μｍに形成される。かかる凹部９は、接続端子７の全体を平坦に形成した後にエッチング技術を用いて形成するのが好都合である。これにより接合面積が増え、信頼性が向上する。凹部９を含めた接続端子７の表面はＡｕなどの貴金属からなるメッキ膜で覆っておくのが望ましい。
【００１５】
上記半導体装置を製造するフリップチップ実装工程を図４を参照しながら説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、配線基板１を図示しない加熱ステージ上に設置する。
次に、図４（ｂ）に示すように、配線基板１の半導体素子搭載領域８に熱硬化性を有する絶縁性樹脂フィルム３ａを配置する。この絶縁性樹脂フィルム３ａは上述した封止樹脂３となるものであるが、絶縁性樹脂フィルム３ａに代えて柔らかな熱硬化性樹脂ペーストを所定量塗布してもよい。
【００１６】
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体素子２をフェイスダウンにして絶縁性フィルム３ａ上に載せる。その際には、半導体素子２の各電極端子５上のバンプ６の先端部が配線基板１の各接続端子７の凹部９の上方に位置するように、半導体素子２と配線基板１とをそれぞれに予め付した目印（マーク）などを利用して位置合わせする。
【００１７】
次に、図４（ｄ）に示すように、半導体素子２の背面から図示しない加熱ブロックなどによって所定の熱および荷重を加えることにより、加熱ステージ上の配線基板１に半導体素子２をフリップチップ接合させる。
その際に、半導体素子２のバンプ６が絶縁性樹脂フィルム３ａの溶融物を押し退けながら配線基板１上の接続端子７に向かい、半田などの金属的接合とは異なって接続端子７と機械的に接触して変形しながら圧着し、この機械的な接触状態が、絶縁性樹脂フィルム３ａが熱硬化する際の収縮力によって保持される。
【００１８】
詳細には、図５（ａ）に示すように、半導体素子２のバンプ６の先端部が凹部９内に入り込み、続いて凹部９の傾斜面９ａで案内されて徐々に底部側へと進入し、最終的に図５（ｂ）に示すように完全に凹部９内に嵌入する。つまりバンプ６は、凹部３によって位置矯正され、凹部３と同軸上に精度よく位置決めされる。逆に凹部３は、バンプ６を凹部３内へ案内するセルフアライメントと、バンプ６と接続端子７との接続位置の高精度化とに機能する。
よって、半導体素子２と配線基板１との位置合わせ精度を従来よりも緩和しても、接続位置精度および接続信頼性を確保することができ、フリップチップ実装におけるスループットを向上できるとともに、ファインピッチ化された半導体素子２と配線基板１とを用いる場合も、電気的ショートや未接続などの不具合を防止することができ、ＦＣＢ（フリップチップボンディング）実装における歩留りを向上できる。
なお、上記した三角柱形状の凹部９に代えて、図６に示すように、断面が台形をなす四角柱形状にて窪んだ凹部１０を接続端子７に形成して配線基板１を構成してもよい。この四角柱形状の凹部１０は幅が例えば２０μｍ程度となるようにエッチングすることで形成される。
この配線基板１でも、熱圧着時に、図７（ａ）に示すように、半導体素子２のバンプ６の先端部が凹部１０内に入り込み、続いて凹部１０の傾斜面１０ａで案内されて徐々に底部側へと進入し、最終的に図７（ｂ）に示すように完全に凹部１０内に嵌入する結果、バンプ６が凹部１０と同軸上に精度よく位置決めされる。
【００１９】
図８は複数の半導体素子を搭載した半導体装置の断面図である。
この半導体装置では、先に図２を用いて説明した半導体装置と同様に、配線基板１上に半導体素子２がフリップチップ方式で接合され、配線基板１と半導体素子２との間隙および半導体素子２の周囲が封止樹脂３で封止されている。
【００２０】
そしてさらに、半導体素子２の上に第２の半導体素子１１が積層され、この第２の半導体素子１１の電極端子１２がボンディングワイヤー１３によって配線基板１上に形成された第２の接続端子１４と接続され、配線基板１上の半導体素子２と第２の半導体素子１１とボンディングワイヤー１３などの接続部の全体を保護するように第２の封止樹脂１５で覆われている。
【００２１】
このような半導体装置でも、配線基板１の接続端子７の凹部３が、バンプ６を凹部３内へ案内するセルフアライメントと、バンプ６と接続端子７との接続位置の高精度化の機能を担う。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の配線基板は、半導体素子をフリップチップ方式で接合させるのに有用であり、特に、ファインピッチ化された半導体素子を用いて半導体装置を構成するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態における配線基板の平面図
【図２】図１の配線基板を用いた半導体装置の断面図
【図３】図１の配線基板の接続端子を示す拡大断面図
【図４】図２の半導体装置を製造するフリップチップ実装工程を説明する工程断面図
【図５】図２の半導体装置のフリップチップ接合部の（ａ）熱圧着時および（ｂ）接合終了時の拡大断面図
【図６】本発明の他の実施形態における配線基板の接続端子を示す拡大断面図
【図７】図６の配線基板を用いた本発明の半導体装置のフリップチップ接合部の（ａ）熱圧着時および（ｂ）接合終了時の拡大断面図
【図８】本発明のさらに他の実施形態における配線基板を用いた半導体装置の断面図
【図９】従来の半導体装置の断面図
【図１０】図９の半導体装置に用いられた配線基板の平面図
【図１１】図９の半導体装置のフリップチップ接合部の拡大断面図
【符号の説明】
【００２４】
１・・・配線基板
２・・・半導体素子
３・・・封止樹脂
3a・・・絶縁性樹脂フィルム
５・・・電極端子
６・・・バンプ
７・・・接続端子
９・・・凹部
9a・・・傾斜面
10・・・凹部
10a ・・傾斜面
11・・・第２の半導体素子
14・・・第２の接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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